Registrace mračna bodů

Registrace mračen bodů je krok, který zarovnává několik laserových skenů jedné budovy, každý pořízený z vlastního stanoviska, do jednoho mračna bodů se společným souřadnicovým systémem. Jediná pozice skeneru zachytí jen část budovy, proto průzkum potřebuje mnoho stanovisek. Každý sken začíná vlastní polohou a orientací a registrace vypočítá pohyby, které všechny skeny uvedou do vzájemného souladu.

Výsledek je jen tak dobrý, jak dobré jsou vazby mezi skeny. Software hledá společný základ přes překryv sousedních skenů, přes fyzické cíle umístěné v místnosti, nebo kombinací obojího. Po zarovnání tvoří skeny jeden datový soubor, který může projektant nebo modelář číst jako celek. Ve slovenské praxi se tento proces nazývá registrace mračen bodů (registrácia mrakov bodov).

Co je registrace mračen bodů?

Je to matematické sjednocení jednotlivých skenů do jednoho konzistentního modelu. Každé propojení dvou skenů má rotaci a posun a registrace je vypočítá tak, aby se překrývající se plochy obou skenů shodovaly. Sjednocená data pak popisují celou budovu v jediné souřadné soustavě, což projektant potřebuje při měření otvorů, podlaží a tvarů místností.

Registrace neříká, zda je budova na zemi správně umístěna. To je samostatný krok zvaný georeferencování, popsaný níže. Registrace pouze sladí skeny mezi sebou.

Jak se liší registrace na základě cílů a registrace mezi mračny?

Existují dva hlavní přístupy. Registrace na základě cílů umístí do scény referenční objekty, obvykle kulové nebo ploché terče, a jejich polohy použije k propojení skenů. Registrace mezi mračny (cloud-to-cloud) cíle nepoužívá a shodu hledá přímo v plochách skenů, typicky nalezením společných rovin, hran a rohů. Kteroukoli metodu lze doplnit globálním vyrovnáním, které zbytkovou chybu rozloží na všechna propojení skenů, místo aby zůstala v jediném bodě.

Hledisko	Na základě cílů	Mezi mračny
Jak se skeny propojují	Sdílené fyzické cíle viditelné ze dvou nebo více stanovisek	Shoda geometrie povrchů v překrývajících se oblastech
Příprava na místě	Cíle musí být umístěny a během průzkumu nehybné	Potřebný dostatečný překryv a stabilní geometrie, například stěny a podlahy
Nezávislá kontrola	Středy cílů lze zaměřit odděleně, například totální stanicí	Závisí na tom, zda zeměměřič doplní nezávislé kontrolní body
Typické slabé místo	Cíle mohou být přehlédnuty, posunuty nebo špatně umístěny	Opakující se nebo bezpříznakové prostory se mohou shodnout na nesprávném místě

Žádná metoda není automaticky přesnější. Srovnávací studie pozemního skenování zjistily, že rozdíl mezi metodami lze jen obtížně oddělit od chyby samotné registrace, proto je třeba výsledek zkontrolovat bez ohledu na zvolenou metodu. Volbu obvykle provádí zeměměřič podle místností, přístupu a požadovaného výstupu.

Proč špatně zaregistrované skeny ukazují zdvojené nebo zakřivené stěny?

Každé propojení skenů nese malou chybu v rotaci a poloze. Když se dva skeny neshodují, je táž stěna zaznamenána dvakrát v mírně odlišných polohách, takže se jeví jako zdvojený povrch nebo tlustý pás. Nejvíce je to vidět u tenkých prvků, jako jsou špalety dveří, soklové lišty a hrany omítek, kde je i malý posun v mračnu dobře patrný.

Zakřivení je jiná chyba. Když se budova naskenuje jako dlouhý řetěz stanovisek, každé propojení převezme chybu předchozího. Chyba se po řetězu postupně hromadí, takže rovná stěna naskenovaná od jednoho konce ke druhému se prohne a podlaha se napříč místnostmi vychýlí z vodorovné polohy. Mračno může být v každé místnosti ostré, a přesto být zkresleno v celé budově. Proto je třeba registraci kontrolovat v celém projektu, nejen mezi sousedními skeny. Projektant, který odebere rozměry ze zakřiveného mračna, dostane chybné rozměry otvorů a tyto chyby se pak přenesou do výkresů.

Příznak v mračnu	Pravděpodobná příčina v registraci	Co zkontrolovat
Zdvojený povrch stěny	Dva skeny propojené s posunem mezi sebou	Odchylky propojení uvedené v protokolu
Prohnutá nebo zakřivená stěna	Chyba nahromaděná podél řetězu stanovisek	Polohy nezávislých bodů na obou koncích budovy
Podlaha není vodorovná mezi místnostmi	Výškový posun přenášený řetězem	Výškové kontrolní body v několika místnostech
Model posunutý oproti staveništi	Chybějící nebo chybné georeferencování	Souřadnicový systém a seznam kontrolních bodů

Jak se registrované mračno georeferencuje do S-JTSK?

Registrace dává konzistentní model, ale ten má stále vlastní lokální počátek. Georeferencování jej připojí ke známému státnímu systému. Na Slovensku je tímto systémem S-JTSK, který vychází z Křovákova zobrazení a v softwaru se běžně označuje kódem EPSG 5514. Georeferencování vyžaduje kontrolní body, tedy polohy změřené zeměměřičem v S-JTSK a identifikované v mračnu. Transformace z lokálních do státních souřadnic se pak vypočítá z těchto bodů.

Kvalita georeferencování závisí na tom, kde kontrolní body leží. Body rozložené po celém staveništi, včetně blízkosti rohů budovy a hranice pozemku, omezují transformaci mnohem lépe než body soustředěné v jediné místnosti. Kontrola změřená nezávisle, totální stanicí nebo družicovým polohováním, je referencí, podle níž se mračno posuzuje. Geodetické práce tohoto druhu jsou popsány v článku o geodetickém průzkumu.

Co by měl klient požadovat od zeměměřiče v protokolu o registraci?

Požadujte při dodávce písemný protokol o registraci, nejen soubor mračna. Použitelný protokol by měl jasně uvádět:

• Použitou metodu nebo metody, tedy cíle, mezi mračny nebo obojí, a software včetně verze.
• Počet stanovisek a jejich vzájemné propojení, ideálně zobrazené ve schématu.
• Zbytkovou chybu každého propojení a chybu celkového vyrovnání, uvedenou číselně s jednotkami.
• Které kontrolní body byly použity pro georeferencování a které byly ponechány jako nezávislé kontroly, s rozdílem mezi jejich známými a vypočtenými polohami.
• Souřadnicový systém, výškový referenční systém a datum, písemně.
• Oblasti, které nebyly zachyceny, a důvod, například sklo, tmavé povrchy nebo nepřístupné místnosti.

Zeptejte se také, zda zeměměřič před předáním zkontroluje mračno vůči nezávislému měření. Pokud bude mračno sloužit k vytvoření modelu scan-to-BIM, měl by protokol model doprovázet, aby projekční tým viděl, které části jsou spolehlivé.

Jaké jsou časté mylné představy o registraci mračen bodů?

• Zaregistrované mračno je automaticky přesné. Registrace sladí skeny mezi sebou, přesnost však závisí na kontrole.
• Registrace mezi mračny nevyžaduje žádnou přípravu. Potřebuje překryv a stabilní geometrii a v opakujících se prostorách se může posouvat.
• Hladce vypadající stěny nejsou důkazem dobré registrace. Lokální shoda může skrývat chybu, která se hromadí po celé budově.
• Registrace a georeferencování nejsou totéž. Registrace sladí skeny mezi sebou, kdežto georeferencování umísťuje model do státního systému.